DE69116884T2

DE69116884T2 - Verfahren zum reparieren oder sanieren eines rohres oder eines behälters, der ein fluid unter druck enthält oder dafür bestimmt ist, und vorrichtung zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: DE69116884T2
Application number: DE69116884T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Neuilly-Sur-Seine Labiche
Original assignee: LABICHE JEAN PIERRE
Current assignee: LABICHE JEAN PIERRE
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-09-14
Also published as: CA2092690C; EP0548231A1; ES2041236T1; GR930300086T1; EP0548231B1; EP0548231B2; FR2666864B1; FR2666864A1; DE69116884D1; DE548231T1; WO1992005383A1; DE69116884T3; JPH06500849A; CA2092690A1; AU8623991A; ATE133770T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren oder Wiederherstellen eines ein unter Druck stehendes Fluid enthaltenden oder dazu vorgesehenen Leitungsstücks oder Behälters vor Ort.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es sind verschiedene Verfahren zum Reparieren oder Wiederherstellen eines eine schadhafte Stelle beliebigen Ursprungs und beliebiger Art mit oder ohne Verformung, beispielsweise Korrosion, einen Riß, Materialabtrag, ein durchgehendes Loch etc. aufweisenden, zur Aufnahme eines unter Druck stehenden Fluids bestimmten Stücks einer Leitung oder eines Behälters vor Ort bekannt.
Bekannt ist beispielsweise auch, nachdem gegebenenfalls die eigentliche schadhafte Stelle repariert und ihr Profil wiederhergestellt worden ist, zwei Halbschalen so vorzubereiten und fest miteinander sowie mit der Leitung zu verbinden, daß die Festigkeit und Dichtheit dieser Leitung oder dieses Behälters wiederhergestellt wird. Ein solcher Vorgang ist bereits arbeitsaufwendig und schwierig, wenn er an der Erdoberfläche durchgeführt wird; um so mehr ist dies der Fall, wenn es sich um eine Leitung oder einen Behälter handelt, die oder der auf dem Meeresboden liegt oder in diesen eingegraben ist.
Außerdem sind verschiedene Verfahren bekannt, mit welchen vorwiegend aus Stahl bestehende Rohrelemente oder zylindrische Aufnahmebehälter vor ihrer Installation oder Montage gleichmäßig von außen verstärkt werden.
Gemäß diesen Verfahren werden die einzelnen Rohrelemente oder Aufnahmebehälter vor ihrem Zusammenbau um sich selbst gedreht und um die gesamte Umfangsfläche derselben hochfeste Stahlbänder, Stahldrähte oder biegsame Profile unter Spannung oder spannungsfrei gewickelt, um die Festigkeit der Rohre oder der Aufnahmebehälter gegenüber Innendrücken und/oder ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Zentrifugalkräften zu erhöhen.
Alle diese Verfahren zielen darauf ab, Leitungen oder Aufnahmebehälter darzustellen, die höheren Innendrücken standhalten können, oder bei gleichbleibendem Druck die erforderliche Metalldicke zu verringern, um diese leichter zu machen.
Bei diesen Verfahren wird vorwiegend ein biegsames Profil entlang von im wesentlichen aneinander angrenzenden Windungen um den Hohlkörper gewickelt, indem der Hohlkörper um sich selbst gedreht und das Profil auf diesem Hohlkörper befestigt wird. Die verwendeten Profile bestehen aus einem Material, dessen Elastizitätsgrenze größer ist als die des Materials des Hohlkörpers.
Gemäß einem dieser Verfahren wird ein aus in einem Kunstharz eingebetteten Glasfasern bestehendes Profil leicht gespannt. Mit diesem Verfahren kann ein hervorragender Schutz gegen Korrosion erzielt werden, da die in dem Kunstharz eingebetteten Fasern fest mit dem über seine gesamte Oberfläche verstärkten Hohlkörper verbunden sind. Die leichte Spannung führt unter Berücksichtigung des Unterschieds zwischen den jeweiligen Elastizitätsmoduln von Stahl und Glas, die die am häufigsten verwendeten Werkstoffe sind, zu einer hydraulischen Expansion des verstärkten Hohlkörpers, um die gesamte Festigkeit von Glas zu nutzen.
Gemäß einem anderen Verfahren wird ein biegsames Profil mit einer Spannung gewickelt, die ausreicht, daß die möglichen, in dem Hohlkörper und in den Windungen des Profils angreifenden Spannungen ihr zulässiges Maximum im wesentlichen gleichzeitig erreichen, wenn der Hohlkörper druckbeaufschlagt wird.
In allen Fällen wird das Metall über die gesamte Länge der Leitung oder des Behälters gleichmäßig so vorgespannt, daß es unter allen Betriebsbedingungen der- oder desselben, beispielsweise während der Montage, während Tests mit Prüfdruck und im Normalbetrieb gleichbleibend auf im wesentlichen dieselbe Art und Weise an jeder Stelle der- oder desselben belastet wird. Es ist daher gewährleistet, daß jeglicher Spannungsgradient, der möglicherweise zu einem Metallbruch durch Ermüdung führt, vermieden wird.
Diese Verfahren sind weder für eine Leitung oder einen Behälter, die oder der installiert und in Betrieb ist, noch für eine lokal vor Ort auf der Erdoberfläche oder auf dem Meeresboden erfolgende Durchführung an einem Stück einer solchen Leitung oder eines solchen Behälters geeignet.
Die Druckschrift US-A-4 261 785 offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zu beseitigen und ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, dessen Anwendung an jedem beliebigen Ort einer bestehenden Vorrichtung einfach, wirkungsvoll und wirtschaftlich ist.
Außerdem soll die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorschlagen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 1 angegeben.
Indem ein biegsames Profil, welches natürlich mehrschichtig angeordnet sein kann, unter Spannung um ein eine schadhafte Stelle aufweisendes Stück einer bestehenden Leitung oder eines bestehenden Behälters gewickelt wird, kann somit auf diesem Stück eine lokale, die gewünschte Festigkeit aufweisende Verstärkung hergestellt werden.
Das Profil wird somit unter Spannung entlang aufeinanderfolgender, sich kreuzender Schraubenlinien mit vorbestimmten Wickelwinkeln aufgebracht: die entsprechenden Abschnitte des Profils üben auf das Material des zu reparierenden Stücks eine zugleich radiale und longitudinale Vorspannung aus, die ermöglicht, zumindest den durch die schadhafte, zu reparierende Stelle hervorgerufenen Verlust von Eigenschaften des Stücks zu kompensieren.
Daß die gesamte Masse thermoplastischen Materials der Matrix geschmolzen wird, führt dazu, daß sich die vorstehend erwähnten Abschnitte in Höhe der Überkreuzungen verformen, um den gesamten Umfang des Stücks vollständig und homogen zu bedekken. Beginnend mit dem Anbringen des Profils wird gekühlt, um jegliche Wanderung der Fasern durch die warmaushärtende Matrix zu verhindern.
Das Profil wird dann mit der vorgesehenen Spannung aufgewikkelt, die ihrerseits die vorstehend erwähnte Vorspannung bewirkt, ohne die Eigenschaften des Profils zu verschlechtern.
Der Verdienst der Erfindung besteht im einzelnen in der überwindung des Vorurteils, gemäß dem die Verstärkung eines Hohlkörpers durch Vorspannen dieses Hohlkörpers durch Wickeln eines biegsamen Profils notwendigerweise fortlaufend und homogen sein muß, um in dein Material dieses Hohlkörpers keine Spannungsgradienten zu induzieren, die die Festigkeit dieses letztgenannten schwächen können, und darin, daß die durch die Reparatur einer schadhaften Stelle aufgeworfenen Probleme analysiert wurden, um den Vorgang des Wickelns eines biegsamen Profils an diesen Schritt anzupassen.
Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren leicht an Ort und Stelle an jedem beliebigen Punkt einer bestehenden Vorrichtung auf dem Erdboden sowie auch auf dem Meeresboden durchgeführt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Profil gegen die äußere Wand der Leitung oder des Behälters angedrückt, sobald es auf diese Wand oder auf eine vorangehend angebrachte Schicht des Profils aufgelegt wurde.
Auf diese Weise werden jegliche zwischen der Wand der Leitung oder des Behälters und den verschiedenen, übereinanderliegenden Profilschichten eingeschlossene Luft- oder Gasblasen entfernt, und das Material des Profils kann geringfügig verfließen, um eine vollkommene Verbindung zwischen zwei sich gegenseitig berührenden Profilabschnitten zu erzielen, so daß die Wand der Leitung oder des Behälters vollständig und homogen bedeckt und verstärkt und eine vollkommene Dichtheit sowie ein hervorragender Schutz gegen Korrosion gewährleistet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Aufwickeln so, daß die auf das Material der Leitung ausgeübte Vorspannung von einer festgelegten Stelle ausgehend mit zunehmendem Abstand auf beiden Seiten des reparierten oder verstärkten Stücks allmählich abnimmt.
Auf diese Weise werden der lokale Gradient der Vorspannung und infolgedessen die auf diesen Gradienten zurückzuführenden inneren Spannungen verkleinert, um die Ermüdung des Metalls beiderseits des reparierten oder verstärkten Stücks zu verringern.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird eine wie in Anspruch 6 definierte Vorrichtung vorgeschlagen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung sind der nachstehenden, detaillierten Beschreibung entnehmbar.
In den beispielhaft beigefügten und nicht beschränkenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Teilansicht eines Stücks einer eine schadhafte, zu reparierende Stelle aufweisenden Leitung von oben;
Fig. 2 eine Teilansicht im Längsschnitt der Leitung nach Fig. 1 nach der Reparatur, wobei die schadhafte Stelle nicht durch die Wand der Leitung hindurch verläuft;
Fig. 3 eine zu der der Fig. 2 ähnliche Ansicht, wobei die schadhafte Stelle durch die Wand der Leitung hindurch verläuft;
Fig. 4 eine vereinfachte Ansicht, die die Einheit zum Wickeln des biegsamen Profils um die Leitung zeigt;
Fig. 5 eine vereinfachte, perspektivische Ansicht, die die Anwendung einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 6 eine vergrößerte, perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 5;
Fig. 7 eine weitere vergrößerte, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 8 eine zu der der Fig. 6 ähnliche Ansicht einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 9 ein Diagramm, welches vereinfacht die möglichen Bewegungen der Wickeleinheit um fünf Achsen bezüglich des Schlittens und des Gestells in einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 10 eine von vorne gesehene, vereinfachte Ansicht eines am Gestell ausgebildeten Greifers in Anlage gegen eine Leitung, deren Durchmesser der maximale für diesen Greifer vorgesehene Durchmesser ist; und
Fig. 11 eine zu der der Fig. 10 ähnliche Ansicht, in der sich der Greifer in Anlage gegen eine Leitung befindet, deren Durchmesser der kleinste für diesen Greifer vorgesehene Durchmesser ist.
Fig. 1 zeigt eine schadhafte Stelle 1 auf einer Leitung 2, die dazu bestimmt ist, ein unter Druck stehendes Fluid, insbesondere ein beliebiges, unter Druck stehendes Gas wie beispielsweise Naturgas, oder eine beliebige, unter Druck stehende Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser, Rohöl, ein Erdölprodukt oder eine thermische Flüssigkeit, zu enthalten oder bereits enthält. Solche Leitungen finden sich üblicherweise z.B. in der Naturgas- und Erdölindustrie, der Chemie, der Atomindustrie und bei der Behandlung und dem Transport von Dampf oder Warmwasser. Eine solche Leitung 2 besteht vorwiegend aus Stahl. Sie kann auf dem Erdboden angeordnet oder unter der Erde verlegt sein. Sie kann auch auf dem Meeresboden liegend angeordnet oder in diesen eingegraben sein, oder sich über eine beliebige Fläche erstrecken.
Die schadhafte Stelle 1 kann beliebigen Ursprungs und beliebiger Natur sein. Sie kann durch Korrosion, durch Ermüdung des Metalls oder durch einen von außen einwirkenden, stumpfen Gegenstand hervorgerufen worden sein. Es kann sich auch um einen Riß, einen Metallabtrag oder ein durch die Wand der Leitung hindurch verlauf endes Loch handeln. In diesen letztgenannten Fällen können die Ränder der schadhaften Stelle verformt sein oder nicht. Die schadhafte Stelle kann sich auf der Außenseite oder auf der Innenseite der Leitung 2 befinden.
Eine solche Leitung umfaßt zumeist einen insbesondere gegen Korrosion schützenden Schutzinantel. Eine unterseeische Leitung umfaßt außerdem eine äußere, als Ballast dienende Ummantelung aus Beton.
Vor jeder Reparatur einer schadhaften Stelle wird die Leitung auf bekannte Weise von ihrem Schutzmantel befreit, durch beispielsweise Sandstrahlen, Abschruppen, Bürsten etc. oberflächenbehandelt und dann mit einer ersten Schicht ummantelt, die das Anhaften eines Verstärkungselements erleichtert und auch einen Schutz gegen Korrosion gewährleistet.
Falls erforderlich, wird die Leitung oder der Behälter von innen her ausgebeult, beispielsweise mittels einer "Maus", die durch den Fluiddruck ins Innere dieser Leitung oder dieses Behälters geschoben wird, um das ursprüngliche Innenprofil der- oder desselben wiederherzustellen. Es können hierzu auch alle anderen bekannten Mittel wie beispielsweise Zylinder, Winden etc. verwendet werden, insbesondere dann, wenn die Ränder der schadhaften Stelle zur Außenseite der Leitung hin verformt sind.
Bei einer unterseeischen Leitung werden der Ballast und der Schutzmantels vorwiegend unter Wasser entfernt, so daß in diesem Fall alle Reparaturschritte bevorzugt unter einer Tauchglocke durchgeführt werden.
Nachstehend wird die Erfindung für eine Leitung beschrieben, wobei selbstverständlich alles, was in Bezug auf diese Leitung beschrieben werden wird, auf einen beliebigen, unter Druck stehenden Behälter anwendbar ist, der nicht notwendigerweise eine gerundete Form haben muß. Die gerundete Form wird jedoch bevorzugt, weil sie eine regelmäßige und homogene Verstärkung erlaubt, wohingegen eine andere Form die Anwendung zusätzlicher Sicherheitsfaktoren erfordert, um die Homogenitätsunregelmäßigkeiten und -fehler auszugleichen. Angenommen wird auch, daß die Leitung aus Stahl besteht, wobei die Erfindung natürlich auf eine aus beliebigem Material, beispielsweise aus Beton hergestellte Leitung oder auf einen solchen Behälter anwendbar und leicht daran anpaßbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann an einer sich in Betrieb befindenden oder unter Druck stehenden Leitung oder einem solchen Behälter durchgeführt werden, solange das zu reparierende oder wiederherzustellende Stück keine schadhafte Stelle aufweist, die sich durch die Wanddicke desselben hindurch erstreckt. Diese Leitung oder dieser Behälter muß einen Außendurchmesser von bevorzugt mehr als etwa 100 mm haben.
Das Verfahren zum Reparieren oder Wiederherstellen eines Leitungsstücks vor Ort, das für ein Druckfluid bestimmt ist oder dieses bereits enthält, umfaßt die folgenden Schritte:
a) nötigenfalls wird jede möglicherweise schadhafte Stelle des Leitungsstücks mit einem Verschlußmaterial verschlossen;
b) an der Außenmantelfläche der Leitung oder des Behälters wird das Vorderende eines biegsamen Profils mit in Längsrichtung sehr hoher mechanischer Festigkeit befestigt, das aus längs laufenden Fasern besteht, deren Querschnitt 30 bis 60% des Querschnitts des Profils beträgt, die in eine Thermoplast-Matrix eingebettet sind und deren Elastizitätsgrenze höher als diejenige des Materials der Leitung oder des Behälters ist;
c) eine Einrichtung zur Mitnahme des biegsamen Profils wird um die Leitung oder den Behälter herumgedreht und axial entlang der- bzw. desselben in einer Hin- und Herbewegung von einem Ende des Stücks zum anderen und darüber hinaus verschoben;
d) das biegsame Profil wird unter Spannung in aufeinanderfolgenden, sich kreuzenden Schraubenlinien mit festgelegten Wikkelwinkeln um die Leitung oder den Behälter an der Stelle des Stücks selbst und zu beiden Seiten davon gewickelt, wobei das Profil derart erhitzt wird, daß im wesentlichen das ganze thermoplastische Material der Matrix des Profils genau dann zum Schmelzen gebracht wird, kurz bevor letzteres auf den Außenmantel oder auf eine zuvor aufgetragene Schicht des Profils aufgetragen wird, und wobei das Profil sofort nach seinem Auftragen gekühlt wird, um die Matrix wieder zu verfestigen, wodurch homogene Schichten auf der ganzen Oberfläche des Stückes hergestellt werden; und
e) wobei die Anzahl der an einer Stelle übereinanderliegenden Profilschichten sowie die Winkel und die Wickelspannung des Profils ausreichen, um das Material der Leitung oder des Behälters gleichzeitig radial und longitudinal vorzuspannen und dem Leitungs- oder Behälterstück dadurch vorgegebene mechanische Eigenschaften wieder zu geben.
Bevorzugt sind diese vorgegebenen mechanischen Eigenschaften zumindest gleich denen, die bei der Konzeption der Leitung vorgesehen waren.
Nach der Reparatur und gegebenenfalls dem Verschließen der schadhaften Stelle(n) wird auf bekannte Weise mit den üblichen Schritten der Oberflächenbehandlung des reparierten Bereichs und des Anbringens einer ersten, gleichzeitig als Füllschicht und als Korrosionsschutzschicht dienenden Ummantelung fortgefahren.
Das Aufwickeln erfolgt derart, daß die auf das Material der Leitung ausgeübte Vorspannung von einer festgelegten Stelle ausgehend mit zunehmendem Abstand auf beiden Seiten des reparierten oder verstärkten Stücks allmählich abnimmt.
Das Verschlußmaterial kann über die Außenmantelfläche der Leitung radial nach außen überstehen.
Wird das Profil auf eine zuvor angebrachte Schicht aufgebracht, so wird bevorzugt diese Schicht selbst an der Oberfläche geschmolzen.
Schließlich wird das Profil auf die Umfangswand der Leitung angedrückt, sobald es auf diese Wand oder auf eine zuvor aufgetragene Profilschicht aufgebracht worden ist.
Die Anzahl der an einer Stelle übereinanderliegenden Profilschichten sowie die Winkel und die Profilwickelspannung müssen ausreichen, um das Verschlußmaterial und/oder das Material des Leitungsstücks vorzuspannen, wenn der Fluiddruck im Innern des Stückes gleich dem Prüfdruck ist. Jedoch werden das Profil und insbesondere dessen bestandteilbildende Fasern nur einem solchen Maß an Spannung ausgesetzt, daß im Lauf der Zeit keine wahrnehmbare Entspannung auftritt. Für Glas überschreitet die auf die Fasern ausgeübte Spannung etwa 40% deren Bruchfestigkeit nicht.
Die verschiedenen, schraubenlinienförmig verlaufenden Profilabschnitte können mit gleichbleibendem Winkel oder mit mehreren Wickelwinkeln aufgebracht werden, die so festgelegt werden, daß die gewünschte Vorspannung sowohl in radialer Richtung als auch in longitudinaler Richtung gewährleistet wird.
Unter diesen Bedingungen wird ein Druck- oder Vorspannungszustand aufrechterhalten, der ermöglicht, die Dichtheit und Festigkeit der Leitung gegenüber dem Innendruck wiederherzustellen, während diese gleichzeitig gegen Korrosion und Angriffe aus der Umgebung geschützt wird.
Denn es ist leicht verständlich und wird auch durch Rechnung bestatigt, daß sich unter einer solchen Vorspannung ein Riß des Metalls der Leitung wieder schließt und geschlossen bleibt. Auf gleiche Weise wird ein Stopfen, der ein durch die Dicke der Leitung hindurch oder nicht hindurch verlaufendes Loch verschließt, einerseits durch die verschiedenen Profilschichten ortsfest gehalten und andererseits durch das sich am Umfang des Lochs befindende Metall zusammengedrückt und mit dieser Vorspannung beaufschlagt. Schließlich bilden für jede Schicht die aneinander angrenzenden, durch die oberflächenseitige Verschmelzung der Profilinnenseite vor dem Aufbringen miteinander verbundenen Windungen eine dichte Umhüllung.
Es ist somit möglich, eine Leitung, deren Wand teilweise angegriffen oder sogar durchlöchert ist, lokal zu verstärken.
Es ist auch möglich, eine Leitung, die die geforderte Sicherheit nicht mehr garantiert, auf einer großen Länge - auch nur leicht - zu verstärken.
Schließlich werden, um einen absolut gefahrlosen Übergang zwischen der gesunden Leitung, in welcher die Betriebsspannung eine Zugspannung ist, und dem reparierten oder wiederhergestellten Stück, in welchem die Betriebsspannung vorwiegend eine Druckspannung ist, zu beiden Seiten des zu reparierenden Stücks sogenannte Übergangsstücke mit einer bestimmten, vorgegebenen Länge eingefügt, auf welche eine Vorspannung ausgeübt wird, die mit zunehmendem Abstand von dem reparierten oder restaurierten Stück allmählich abnimmt. Die Werte dieser Vorspannung und die Länge, entlang der sie abnimmt, können so berechnet werden, daß die inneren Spannungen des Metalls in diesen Übergangsstücken auf für das Metall ohne das geringste Risiko tragbarem Niveau bleiben.
Es ist anzumerken, daß das hervorragende und schnelle Anhaften des Profils auf der Leitung oder einer zuvor aufgebrachten Schicht erlaubt, die Wickelspannung an jedem der Enden jedes der schraubenlinienförmig aufgebrachten Profilabschnitte bei jeder axialen Hin- und Herbewegung der (noch zu beschreibenden) Wickelmittel leicht zu verringern.
In dem Fall, in dem das zu reparierende oder wiederherzustellende Stück an ein Ausrüstungsteil der Leitung, beispielsweise ein Ventil, eine Verstärkung oder dergleichen, mit einer Dicke größer als die der Leitung angrenzt, kann der Übergang durch eine auf dem Ausrüstungsteil mit der größeren Dicke endende Wicklung hergestellt werden.
Selbstverständlich können hierzu gleichzeitig oder einzeln die Anzahl der Profilschichten und die Spannung derselben, die entsprechend der Entfernung von dem reparierten oder wiederhergestellten Stück allmählich abnehmen können, variiert werden.
In den in den Figuren 2 bzw. 3 dargestellten Ausführungen sind die schadhaften Stellen 1, deren eine - gemäß Fig. 3 - durch die Wand 3 der Leitung 2 hindurch verläuft, während die andere - gemäß Fig. 2 - nicht durch diese hindurch verläuft, durch einen Stopfen 4 verschlossen.
Der Stopfen 4 wird auf beliebige, bekannte Weise hergestellt: beispielsweise kann dies mittels Elektroschweißen aufgebrachtes Auftragmetall sein. Dies kann auch ein Stopfen aus Kunstharz oder aus jedem anderen, mit dem Metall der Leitung 2 verträglichen Material sein.
Der Stopfen 4 wird von drei noch zu beschreibenden Verstärkungsschichten 5a, 5b, 5c bedeckt.
In der Ausführung gemäß Fig. 4 dreht sich eine auf einem aus Gründen der Klarheit der Darstellung nicht gezeigten beweglichen Organ montierte Wickeleinheit 42 in der durch den Pfeil 6a angedeuteten Drehrichtung um die Leitung 2 und verschiebt sich gleichzeitig parallel zu der Leitung 2 - in der Zeichnung - von links nach rechts in Richtung des Pfeils 6b, um schraubenlinienförmig einen zweiten Abschnitt 10b aufzutragen. Diese Wickeleinheit 42 wird vorher - in der Zeichnung -von rechts nach links verschoben, um schraubenlinienförmig einen ersten Abschnitt 10a aufzubringen, welcher den Abschnitt 10b überkreuzt, wobei die jeweiligen Wickelwinkel der Abschnitte 10a, 10b einander entgegengesetzt sind. Während der nach links verlaufenden Verschiebung bringt die Wikkeleinheit 42 einen gegenüber dem Abschnitt 10a versetzten und den Abschnitt 10b überkreuzenden, neuen Abschnitt auf.
In einer Abwandlung kann auch eine erste, homogene Schicht aus parallelen, schraubenlinienförmigen Abschnitten wie etwa 10a aufgebracht werden, indem während der Verschiebung der Wickeleinheit 42 in nur einer Richtung gewickelt wird, und dann eine zweite, homogene Schicht aus parallelen, schraubenlinienförmigen Abschnitten wie etwa 10b aufgebracht werden, indem während allein der Verschiebung in der anderen Richtung gewickelt wird.
Die Wickeleinheit 42 umfaßt:
- eine gebremste Spule 7, die sich in Richtung des Pfeils 8 dreht, wenn sich die Wickeleinheit 42 in Richtung des Pfeils 6a dreht. Die Spule 7 trägt ein biegsames Profil 9, welches sich von der Spule ab- und um die Leitung 2 wickelt, um aufeinanderfolgende, sich gegenseitig überkreuzende, schraubenlinienförmige Abschnitte 10a, 10b zu bilden;
- eine Gruppe zweier Rollen 11, 12, zwischen welchen das biegsame Profil 9 eingespannt und gebremst wird. Diese beiden Rollen sind entlang ihres Umfangs mit beispielsweise Teflon beschichtet; sie steuern die Wickelspannung des biegsamen Profils 9;
- eine Winkelführung 13, die die Richtung festlegt, entlang welcher das Profil 9 auf die Leitung 2 aufgebracht wird. Die Winkelführung 13 kann beispielsweise ein entlang seines Umfangs mit Teflon beschichtetes kleines Rad oder eine entsprechend beschichtete Walze, oder eine entweder ortsfeste oder drehbare Schiene sein. Die Winkelführung 13 weist an ihrem Umfang eine konkave Rille auf, die das Profil 9 aufnimmt und deren Konkavität nach außen gerichtet ist. Die Winkelführung 13 dient insbesondere dazu, die Wickeleinheit 42 an Leitungen verschiedener Durchmesser anzupassen;
- Mittel 14 zum Erwärmen und Schmelzen im wesentlichen der gesamten Masse des thermoplastischen Materials der Matrix des biegsamen Profils 9, kurz bevor das Profil auf die Umfangswand der Leitung 2 oder eine zuvor angebrachte Profilschicht aufgebracht wird, sowie zum Erwärmen der Leitung oder Schicht: es handelt sich hier beispielsweise um eine elektrische Heizvorrichtung oder um einen Reduktionsflammenbrenner, etwa einen Oxyacethylenbrenner, wenn die Arbeit an freier Luft durchgeführt werden muß, oder um eine elektrische Heizvorrichtung und einen Heißgasbrenner, der erforderlichenfalls unter einer ein bevorzugt nicht oxydierendes Gas einschließenden Tauchglocke funktioniert, wenn die Arbeit unter Luftabschluß durchgeführt werden muß. Das Profil haftet infolgedessen sehr gut auf der Wand oder Schicht;
- Mittel 14a zum - soweit erforderlich - Kühlen des Profils 9 bei dessen Anbringung, um die thermoplastische Matrix wieder zu verfestigen. Es handelt sich hier beispielsweise um ein Kaltluftgebläse. Natürlich ist bei einem Leitungsstück, welches unter Druck stehendes Gas transportiert, dessen Temperatur beispielsweise -10º beträgt, die Verwendung von Kühlmitteln unnütz;
- Mittel 15 zum Messen der Temperatur der - möglicherweise bereits mit einer oder mehreren Profilschichten bedeckten - Stelle der Umfangswand der Leitung 2, auf welche das Profil aufgebracht wird, und (nicht dargestellte) Mittel zum Steuern der Heizleistung der Heizmittel 14 in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur so, daß die Bedingungen für ein optimales Anhaften des Profils auf der Umfangswand oder dem diese bedeckenden, zuvor aufgebrachten Profil gewährleistet sind. Es handelt sich hier beispielsweise um einen Temperaturfühler beliebiger Bauart;
- Mittel 16, beispielsweise eine teflonbeschichtete Rolle oder Walze, die von dem die Wickelspannung steuernden System unabhängig sind, um das biegsame Profil 9 gegen die Umfangswand der Leitung 2 zu drücken, kurz nachdem das Profil 9 auf die Umfangswand aufgebracht worden ist. Dieser Druck läßt das Material der Matrix leicht fließen, wodurch die benachbarten Windungen miteinander verbunden werden und die Dichtheit der Leitung gewährleistet wird.
Anzumerken ist, daß die Winkelführung 13 entweder im Erwärmungsbereich des Profils 9 oder in dem sich bezogen auf die Abwickelrichtung des Profils vor dem Erwärmungsbereich befindenden kalten Bereich angeordnet sein kann. Die Winkelführung 13 und die Heizmittel 14 sind steuerbar, um an die Wickelbedingungen und insbesondere an den Durchmesser der Leitung 2 anpaßbar zu sein.
Die Verschiebegeschwindigkeit der Einheit 42 in Längsrichtung entlang der Leitung 2 wird in Abhängigkeit von dem gewünschten Wickelwinkel gesteuert.
Das biegsame Profil 9 mit in Längsrichtung sehr hoher mechanischer Festigkeit besteht aus fortlaufenden Längsfasern, die in einer Matrix eingebettet sind. Die Matrix kann aus Metall bestehen, beispielsweise aus Aluminium, wobei dann die Fasern beispielsweise aus Stahl bestehen. Bevorzugt kann die Matrix auch aus einem thermoplastischem Kunstharz bestehen, wobei dann die Fasern beispielsweise Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern etc. sind. Die Fasern werden so ausgewählt, daß das Profil 9 eine Elastizitätsgrenze hat, die größer ist als die des Stahls der Leitung 2. Der Schmelzpunkt und/oder der Punkt des Übergangs in den glasartigen Zustand der verwendeten Matrix liegt in allen Fällen zumindest 50 K unterhalb der entsprechenden Punkte der Fasern. Vorwiegend wird ein Profil verwendet, in dessen Querschnitt der Faserquerschnitt zwischen 30 und 60% und bevorzugt zwischen 40 und 50% des Profilquerschnitts beträgt.
Bevor mit dem Wickeln begonnen wird, wird bei 17 auf beliebige, bekannte Weise, beispielsweise durch Kleben, das Anfangsende des biegsamen Profils 9 auf der Umfangswand der Leitung 2 befestigt. Dieses Ende kann auch durch die Mittel 16 zum Andrücken des Profils oder durch die erste aufgewickelte Windung des Profils ortsfest gehalten werden.
Alles vorstehend in Zusammenhang mit dem Aufbringen einer ersten Schicht, wie etwa 5a, auf die Umfangswand einer Leitung 2 Gesagte gilt auch für das Aufbringen einer zweiten Schicht 5b auf die Schicht 5a und dann für das Aufbringen einer dritten Schicht 5c auf die Schicht 5b: das geschmolzene Material der neuen Schicht haftet perfekt auf dem Material des Profils der vorangehenden Schicht, und die Dichtheit der neuen Schicht sowie die Beseitigung jeglichen Einschlusses wird durch den Druck der Rolle 16 gewährleistet.
Wie im einzelnen in den Fig. 2 und 3 dargestellt, bedeckt die untere Schicht 5a eine Länge der Leitung 2, die größer ist als die durch die Schichten 5b bzw. 5c bedeckten Längen, so daß die auf das Material der Leitung oder des Behälters ausgeübte Vorspannung von einer festgelegten Stelle ausgehend mit zunehmendem Abstand auf beiden Seiten der reparierten oder verstärkten schadhaften Stelle 1 allmählich abnimmt.
In der Ausführung gemäß Fig. 5 ist eine Vorrichtung, die einer ersten Ausführungsform der Erfindung entspricht und allgemein mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet ist, an einer sich auf dem Erdboden (oder dem Meeresboden) abstützenden Tragvorrichtung 19 aufgehängt. Die Tragvorrichtung 19 kann selbst wiederum an einem Haken 20 eines nicht dargestellten Hebezeugs aufgehängt sein und erhält über eine mit einer Steuerzentrale auf dem Erdboden (oder an der Oberfläche bei einer unterseeischen Leitung) verbundene, flexible Leitung alle zur Betätigung der Vorrichtung 18 notwendigen Fluide und Informationen. Die Tragvorrichtung 19 umfaßt sämtliche (nicht dargestellten) Elemente, Projektoren, Kameras, Aufnehmer etc., die insbesondere im Fall einer unterseeischen Leitung eine Fernbedienung der Vorrichtung 18 und eine Kontrolle der erzielten Umwicklung ermöglichen. In diesem letztgenannten Fall kann die Tragvorrichtung 19 auch so ausgebildet sein, daß sie als (nicht dargestellte) Tauchglocke dient.
Wie im einzelnen in Fig. 6 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung
- ein Gestell 22, das auf der Leitung und erforderlichenfalls auf dem Erdboden aufliegt;
- eine Einrichtung 30, 31, um das Gestell an der Leitung zu befestigen und es bezüglich dieser zu zentrieren;
- ein bezüglich des Gestells 22 bewegliches Organ, das sich bezüglich des Gestells 22 um die Leitung 2 dreht;
- eine Einrichtung 27, 28, 29, um das bewegliche Organ 26 um die Leitung 2 zu drehen;
- wobei das bewegliche Organ 26 eine Wickeleinheit 42 umfaßt zum Mitnehmen und zum Wickeln eines biegsamen Profils 9 unter Spannung um die Leitung 2, wenn sich das bewegliche Organ um die letztgenannte dreht.
In dem dargestellten Beispiel besteht das Gestell 22 aus zwei Stützbügeln 30, die jeweils mit einer der verschwenkbaren Gabeln 31 verbunden und über einen ein Ösenelement 33 tragenden Querbalken 32 an die Tragvorrichtung gemäß beispielsweise Fig. 5 gekoppelt sind. Jede der verschwenkbaren Gabeln 31 umfaßt zwei verschwenkbare Arme 23, die sich unter der Einwirkung von durch Zylinder 25 betätigten Ansatz- oder Gabelstükken 24 um die Leitung 2 schließen, um das Gestell 22 auf der Leitung 2 zu fixieren (siehe die Fig. 10 und 11).
Wie in den Fig. 10 und 11 im einzelnen dargestellt, können sich diese Arme 23 öffnen und schließen, um das Greifen und Loslassen der Gabeln 31 in bezug auf die Leitung 2 zu ermöglichen.
In ihrer durch ausgezogene Linien dargestellten, geöffneten Stellung befinden sich die Zylinder 24, von welchen aus Gründen der Klarheit der Zeichnung lediglich einer gezeigt ist, in zurückgezogener Position, und die Arme 23 sind um ihre jeweilige Schwenkachse 43 so nach außen geschwenkt, daß die Gabel 31 auf die Leitung 2 aufgesetzt werden kann. Die Verschiebung der Zylinder 25 veranlaßt die Arme 23, in Richtung ihrer in durchbrochener Linie dargestellten Schließposition zu schwenken. In dieser Schließposition berühren an der Gabel 31 und den Armen 23 vorgesehene Spann- und Haltebacken 44 die Leitung 2. Die Spannbacken 44 können an der Gabel 31 und den Armen 23 befestigt sein, so daß die Zentrierung der Gabel 31 auf der Leitung 2 dann durch Ausgleich der auf die Zylinder zur Betätigung der Arme 23 wirkenden Drücke erfolgt. Diese Spannbacken 44 können auch an Teleskop-Stützelementen angebracht sein, die in Fig. 11 vereinfacht durch 45 gezeigt sind und in bezug auf die Leitung 2 radial ausgelenkt werden: diese Stützelemente ermöglichen dann, die Gabel 31 und die Vorrichtung 18 an eine Leitung anzupassen, deren Außendurchmesser deutlich kleiner ist als der Innendurchmesser der Gabel 31; auch in diesem Fall erfolgt die Zentrierung durch Ausgleich der Drücke auf die Stützelemente 45.
Die Spannbacken 44, deren in Berührung mit der Leitung stehende Oberfläche vorteilhaft auf beliebige, bekannte Weise rauh ausgeführt wird, beispielsweise durch Prägewalzen oder Verzahnen, um die Gabel 31 und die Vorrichtung 18 gut auf der Leitung 2 festzuhalten, können durch Rollen ersetzt werden, die der Vorrichtung ermöglichen, längs der Leitung rollend zu verfahren, wie noch gezeigt werden wird. Vorteilhaft können auch Kettenspannbacken verwendet werden.
Die Vorrichtung 18 gemäß Fig. 6 umfaßt auch zwischen dem Bügel 30 und der benachbarten Gabel 31 angeordnete, verschwenkbare Sperrbacken 46, deren jede mittels eines Zylinders 47 und eines Hebelelements 47a gegen die Leitung 2 gepreßt wird.
Das bewegliche Organ 26 umfaßt zwei Führungsschienen 27, die einen radialen äußeren, kreisbogenförmigen Rand aufweisen und den einander gegenüberliegenden Seiten der beiden Gabeln 31 der Vorrichtung 18 zugeordnet sind. Jeder dieser äußeren Ränder bildet eine Zahnstange, die sich gleichzeitig auf mehrere Rollen 28 abstützt und in diese eingreift, wobei diese Rollen zu einer Anordnung von auf der Gabel 31 angebrachten Rollen 28 gehören, von welchen zumindest einzelne Antriebsrollen sind, die durch an der entsprechenden Gabel 31 angebrachte, gesteuerte Motoren 29, beispielsweise hydraulische Motoren, angetrieben werden. Die Rollen 28 sind im wesentlichen regelmäßig über die eigentliche Gabel 31 und über die Arme 23 verteilt, so daß die Führungsschiene 27 ständig mit zumindest zwei Rollen 28 in Berührung steht, welche diese während ihrer Drehbewegung um die Leitung antreiben.
Die Führungsschiene 27 ist hierzu mit einer beliebigen, an sich bekannten Einrichtung versehen, die auf ihrer Bahn ihre Berührung mit den Rollen 28 aufrechterhält, beispielsweise eine weitere Führungsschiene oder Teilstücke von Führungsschienen, die freitragend angebracht sind und sich auf weitere (nicht dargestellte), an der Gabel 31 befestigte Rollen abstützen.
Der äußere Rand der Führungsschiene 27 und die Rollen 28 können glatt sein, insbesondere für Leitungen mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser: der Druck der Rollen 28 auf diesen Rand reicht dann aus, um die Führungsschiene 27 und das bewegliche Organ 26 in Drehbewegung um die Leitung 2 zu versetzen.
Die Führungsschienen 27 sind gegenseitig über mehrere Paare von Längsgleitschienen 34, 35 verbunden.
Ein Schlitten 36 ist unter der Einwirkung einer durch einen Motor 38 mit zwei Bewegungsrichtungen gesteuerten Kugelumlauf spindel 27 in Längsrichtung der Leitung 2 auf den beiden Gleitschienen 34 beweglich. Der Schlitten 36 trägt die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 bereits beschriebene Wikkeleinheit 42, von der in der Figur aus Gründen der Klarheit der Zeichnung nur die Scheibe 7 dargestellt ist.
Die Geschwindigkeit der Spindel wird in Abhängigkeit von dem gewünschten Wickelwinkel gesteuert.
In gleicher Weise trägt ein auf den beiden Gleitschienen 35 unter der Einwirkung einer Kugelumlauf spindel 40 beweglicher Schlitten 39 eine Andruckrolle 16, die unter Bezugnahme auf Fig. 4 bereits beschrieben wurde. Diese Rolle 16 vervollständigt die Wirkung derjenigen, die Teil der durch den Schlitten 36 getragenen Wickeleinheit 42 bildet, oder kann diese ersetzen.
In der in Fig. 7 dargestellten Ausführung tragen die Elemente, die zu den vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 6 beschriebenen identisch sind, dieselben Bezugszeichen wie diese.
In dieser Ausführung umfaßt die Vorrichtung 48 ein Gestell 49, welches aus einem Stützbügel 50 und einer verschwenkbaren Gabel 51 besteht, die miteinander über Zentrierstege 52, einen Querbalken 53 und ein Ösenelement 54 verbunden sind. Der Bügel 50 trägt Zylinder 55, die über Hebelelemente 56 Sperrbacken 57 betätigen, welche sich kräftig gegen die Leitung 2 anlegen, um die Vorrichtung 48 auf dieser zu fixieren. Die Gabel 51 ist im wesentlichen identisch zu der Gabel 31 gemäß Fig. 6 und umfaßt insbesondere zwei verschwenkbare Arme 23, die sich um die Leitung 2 schließen. Das bewegliche Organ 58 umfaßt nur eine Führungsschiene 27, deren kreisbogenförmiger äußerer Rand, der eine Zahnstange bildet, sich auf einer Anordnung von mit Zähnen versehenen Rollen 28 abstützt; die Rollen sind im wesentlichen regelmäßig über die Gabel 51 und deren Arme 23 sowie tangential außerhalb des Zahnriemens 27 verteilt.
Die beiden Längsgleitschienen 59 sind freitragend auf der Führungsschiene 27 angebracht und tragen den Schlitten 36, der unter der Einwirkung der Spindel 37 entlang derselben beweglich ist. Der Schlitten 36 trägt die Wickeleinheit 42, von der aus Gründen der Klarheit der Zeichnung nur die gebremste Spule 7 dargestellt ist.
In der in Fig. 8 dargestellten Ausführung entspricht die Vorrichtung 60 im wesentlichen zwei Vorrichtungen gemäß 18, die nacheinander in Längsrichtung der Leitung 2 angeordnet sind.
Zwei bewegliche Organe 26a, 26b können sich zwischen Gabeln 31a und 31b einerseits bzw. 31b und 31c andererseits drehen. Die Rollen 28, die in die Zahnstange der entsprechenden Führungsschiene 27 eingreifen, weisen Motoren 29 mit zwei Bewegungsrichtungen auf. Es ist infolgedessen möglich, die beiden beweglichen Organe entweder gleichsinnig oder - bevorzugt - gegensinnig, wie durch die Pfeile 61a bzw. 61b angedeutet, um die Leitung 2 zu drehen: im letztgenannten Fall heben sich die jeweils aufgrund der Drehung der beweglichen Organe 26a und 26b an der Vorrichtung 60 angreifenden Kräfte im wesentlichen gegenseitig auf, so daß sich die Vorrichtung 60 nicht um die Leitung 2 dreht. Die Anordnung der Wickeleinheit 42b auf dem Schlitten 36b des beweglichen Organs 26b ist natürlich an die Drehrichtung des letztgenannten angepaßt (Pfeil 61b).
Die Vorrichtung 60 kann mittels ihrer Einrichtungen in Längsrichtung der Leitung 2 verfahren, und zwar entweder in Richtung des Pfeils 62a, oder in der durch den Pfeil 62b angegebenen, entgegengesetzten Richtung.
Hierzu umfassen die Bügel 30a, 30b und/oder die Gabeln 31a, 31b, 31c der Vorrichtung 60 durch nicht gezeigte Motoren angetriebene Rollen wie etwa 63, die dazu dienen, gleichzeitig die Vorrichtung 60 auf der Leitung 2 an Ort und Stelle zu halten und sie längs auf derselben zu verschieben. Diese Rollen 63 können auf Federträgern oder auf Teleskopträgern, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 bereits beschrieben, angebracht sein.
Natürlich können die Rollen 63 motorlos ausgebildet sein, wobei dann die Vorrichtung 60 durch beliebige, von außen an der Vorrichtung 60 angreifende Einrichtungen längs der Leitung 2 verschoben wird.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dazu dienen, ein Biegungen oder Knicke aufweisendes Leitungsstück zu reparieren oder wiederherzustellen. Diese Biegungen sind, bezogen auf die Mittelebene der Leitung und definiert durch die Achse und den horizontalen Durchmesser derselben, entweder nach links, rechts, oben oder unten gerichtete Biegungen oder eine Kombination der vorstehenden Biegungsformen.
Um die Bedingungen zum Wickeln des Profils um Biegungen der Leitung zu optimieren, ist die Wickeleinheit 42 auf dem Schlitten 36 so angebracht, daß sie in bezug auf diesen entlang von fünf Achsen beweglich ist: eine solche - an sich bekannte - Anordnung ist vereinfacht in Fig. 9 dargestellt. In dieser Figur sind die Achse 64 der Leitung 2 und die vereinfacht durch die Spule 7 dargestellte Wickeleinheit, deren Drehachse X-X' zu der Achse 64 im wesentlichen parallel ist, dargestellt. Die Achse Y-Y' entspricht dem horizontalen Durchmesser der Spule 7 senkrecht zu der Achse X-X', und die Achse Z-Z' verläuft senkrecht zu den beiden Achsen X-X' und Y-Y'.
Die Wickeleinheit muß sich infolgedessen in bezug auf den (nicht dargestellten) Schlitten entlang jeder der drei Achsen X-X', Y-Y' und Z-Z' verschieben, sich für Biegungen nach links und rechts um die Achse Z-Z' (Pfeil 65) und für Biegungen nach oben und unten um die Achse Y-Y' (Pfeil 66) drehen sowie sich in die jeweils entgegengesetzten Richtungen verschieben und drehen können.
Die Wickeleinheit kann infolgedessen in bezug auf den Schlitten auf dieselbe Art und Weise angebracht werden wie ein Handgelenk eines Roboters in bezug auf den Roboter angebracht wird, wobei die verschiedenen Bewegungen durch einen Rechner gesteuert und koordiniert werden. Eine solche Wickeleinheit ist an eine beliebige von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anpaßbar.
Vorwiegend werden die Bewegungen der mit den Bügeln 30, 50 und/oder den Gabeln 31, 51 verbundenen Elemente beispielsweise hydraulisch gesteuert: dies betrifft die Motoren 29 der Rollen 28, die Zylinder 25 zum Betatigen der schwenkbaren Arme, die Zylinder 47, 55 zum Betätigen der Sperrbacken 46, 57, die Teleskopträger 45, die Spannbacken 44 etc.
Die in dem beweglichen Organ 26, 58 eingesetzte Energie ist bevorzugt elektrisch und wird beispielsweise mittels (nicht dargestellten) isolierten Schleiffedern abgegriffen, die von einer der Schienen 27 getragen werden und auf zwei isolierten, unter Spannung stehenden und von der benachbarten Seite der entsprechenden Gabel 31 getragenen (nicht dargestellten) Schleifschienen schleifen: dies betrifft insbesondere die die Schlitten 36, 39 betätigenden Spindeln 37, 40, die Betatigung des Heißgasbrenners 14 etc.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Figuren die Funktionsweise der vorstehenden, verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
Was die Vorrichtung 18 gemäß Fig. 6 anbelangt, wird diese mittels eines beliebigen Hebezeugs, beispielsweise der Tragvorrichtung 19, auf die Leitung 2 gesetzt und mittels der Backen 46 und der Spannbacken 44 auf der Leitung 2 fixiert; die Motoren 29 betätigen die Rollen 28, welche die Führungsschienen 27 und das bewegliche Organ 26 um die Leitung drehen. Gleichzeitig wird der Schlitten 36 koordiniert längs der Gleitschienen 34 über die gesamte Länge derselben verschoben, um eine erste Profilschicht wie beispielsweise die Schicht 52 gemäß den Fig. 2 und 3 aufzubringen, die einen Bereich bedeckt, dessen Länge höchstens gleich der der Gleitschienen 34 ist.
Das Vorstehende gilt gleichermaßen für die Vorrichtung 48 gemäß Fig. 7.
Die Vorrichtung 60 gemäß Fig. 8 ist insbesondere an die Herstellung einer Verstärkung auf einer großen Länge einer Leitung angepaßt. Sie kann mehr als zwei bewegliche Organe 26 umfassen, die sich abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung drehen, um bei der Vorwärtsbewegung gleichzeitig eine Anzahl von Profilschichten aufzubringen, die gleich der Anzahl der beweglichen Organe ist. Die Vorrichtung 60 verschiebt sich normal entlang der Leitung, wobei die Schlitten 36 auf den Längsgleitschienen befestigt sind.
Somit wurden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die als einzige ermöglichen, Reparaturen an Hochdruck-Primärnetzen zum Transport von Fluiden, wie beispielsweise Erdölprodukten oder Naturgas, durchzuführen.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, so daß an dieser zahlreiche Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
So können die Bügel 30, 50, die schwenkbaren Gabeln 31, 51, die Längsgleitschienen 341 35, 59, die Kugelumlauf spindeln 37, 40, die Arme 23, die Zylinder 25, 55, die Halte- und Spannbacken 44, die Teleskopträger 45, die Backen 46 etc. und ganz allgemein alle bestandteilbildenden Elemente der beschriebenen Vorrichtungen durch vergleichbare Funktionen erfüllende, äquivalente Einrichtungen ersetzt werden. Diese Elemente können auch auf unterschiedliche Weise verknüpft werden, um die vorstehend beschriebenen Funktionen der Befestigung und der Verschiebung der Vorrichtung längs der Leitung, der Drehung des beweglichen Organs in bezug auf das Gestell und die Leitung und die Verschiebung des Schlittens in bezug auf das Gestell zu erfüllen.
Gleichfalls kann die Vorrichtung 60 gemäß Fig. 8 mit beweglichen Organen 26a, 26b ausgerüstet werden, die keine Gleitschienen 34a, 34b, 35a, 35b umfassen: die Schlitten 36a, 36b können an der entsprechenden Führungsschiene 27 befestigt werden.
Demgegenüber kann jedes bewegliche Organ wie etwa 26 oder 58 mehrere Schlitten umfassen, deren jeder eine Wickeleinheit trägt, oder einen einzigen Schlitten, der mehrere Wickeleinheiten wie etwa 42 trägt, um gleichzeitig mehrere Profile aufzuwickeln.
Für gewundene Leitungsverläufe können auch einzelne Gestelle vorgesehen werden, deren jedes ein bewegliches Organ trägt und die bezüglich einander frei beweglich sind, um zu ermöglichen, bei der Vorwärtsbewegung selbst bei gewundenen Leitungsverläufen mehrere Schichten auf zuwickeln.
Die beschriebenen Vorrichtungen können auch an eine Tauchglocke bildende Systeme angepaßt werden, um die Anwendung der Erfindung bei unterseeischen Leitungen außerhalb des Wassers zu ermöglichen. Unter solchen Bedingungen kann die Vorrichtung so angepaßt werden, daß sie ferngesteuert automatisch arbeitet. So kann die Spule 7 einen Motor zum Zuführen des Profils umfassen, und die Wickeleinheit kann Führungen aufweisen, um das Profil zwischen den Bremsrollen vor den Brenner und bis hin zur Leitung zu führen, sowie eine Schneideeinrichtung, um das Profil bei einer Störung abschneiden und den Wickelvorgang unter guten Bedingungen erneut beginnen zu können.
Es ist möglich, auf den Schlitten 36 anstelle oder neben der Wickeleinheit 42 Einheiten anzubringen, die andere Arbeiten wie beispielsweise das Auftragen des Verschlußmaterials, die Oberflächenbehandlung dieses Materials nach dem Aufbringen, das Anbringen der Haupt-Schutzummantelung, das anfängliche Entfernen der Schutzmaterialien oder des Ballastes vor der Reparatur etc. durchführen.
Allgemein kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vollständig durch die zu reparierende Leitung oder einen solchen Behälter getragen werden. Im Gegensatz hierzu kann sie an einem Tragzeug wie beispielsweise 19 (Fig. 5) aufgehängt sein, welches selbst unbeweglich oder demgegenüber selbstfahrend sein kann, wenn seine Beine beispielsweise mit Raupenketten oder Rädern versehen sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mittels geeigneter Stützeinrichtungen wie beispielsweise verstellbaren Beinen, die gegebenenfalls mit Verfahreinrichtungen wie beispielsweise Rädern oder Raupenketten versehen sind, um die Vorrichtung selbstfahrend zu machen, auch auf dem Boden ruhen.
Schließlich betrifft alles Vorangehende das schraubenlinienformige Wickeln eines Profils in aufeinanderfolgenden, schraubenlinienförmigen Abschnitten. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung können auch ein anderes Wikkelverfahren verwenden, welches erlaubt, eine im wesentlichen zylinderförmige Oberfläche vollständig zu bedecken: sie können so ein Verfahren verwenden, bei dem eine oder mehrere Spulen auf der wiederherzustellenden Leitung gelagert sind, ohne sich um dieselbe zu drehen; die entsprechenden Profile werden in Längsrichtung bis zu einem beweglichen Organ geführt, welches sich wechselweise erst in der einen und dann in der anderen Richtung dreht, und zwar jedesmal um mehr als eine Umdrehung, um in einem oder mehreren Durchgängen die gesamte Oberfläche der Leitung zu bedecken; es können auch mehrere bewegliche Organe gleichzeitig verwendet werden, um in ein und demselben Vorgang mehrere Schichten aufeinanderzulegen.

Claims

1. Verfahren zum Ausbessern oder Reparieren eines Teilstücks einer Rohrleitung oder eines Behälters (2) vor Ort, der zum Enthalten eines unter Druck stehenden Fluids bestimmt ist, das die folgenden Schritte aufweist:

a) das vordere Ende (17) eines flexiblen Bandes (9) wird buzüglich der Außenumfangsfläche der Rohrleitung oder des Behälters (2) befestigt;

b) um die Rohrleitung oder den Behälter (2) werden Mittel (7) zur Zufuhr des flexiblen Bandes (9) um die Rohrleitung oder den Behälter (2) gegebenenfalls nach einer Hin- und Herbewegung von einem Ende des Teilstücks zum anderen und bei Bedarf darüber hinaus gedreht und axial daran verschoben, um das Band um die Rohrleitung oder den Behälter (2) zu wickeln, und das Band (9) wird unter Spannung nach aufeinanderfolgenden Schraubenlinien mit vorbestimmten Wickelwinkeln am Ort und in der Nachbarschaft des Teilstücks und beiderseits davon um die Rohrleitung oder den Behälter (2) gewickelt,

dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgenden Schritte aufweist:

c) gegebenenfalls wird jede mögliche Fehlerstelle (1) des Teilstücks mittels eines Verschlußmittels verschlossen;

d) als flexibles Band wird ein flexibles Profilband (9) mit sehr hoher mechanischer Längsfestigkeit verwendet, das aus kontinuierlichen Längsfasern gebildet ist, die im Querschnitt 30 bis 60 % des Querschnitts des Profilbandem darstellen, in eine Metallmatrix oder ein Thermoplastharz eingebettet sind und deren Elastizitätsgrenze über derjenigen des Materials der Rohrleitung oder des Behälters (2) liegt;

e) wobei das flexible Profilband aufgewickelt wird, indem das Profilband (9) derart erhitzt wird, daß das Material der Matrix des Profilbandes (9) im wesentlichen in seiner gesamten Masse knapp vor dem Auflegen auf die Umtangswand oder eine vorher aufgebrachte Schicht des Profilbandes schmilzt, und indem das Profilband bei seinem Aufbringen zum Wiederverfestigen der Matrix sofort abgekühlt wird, und damit werden auf der gesamten Oberfläche des Teilstücks homogene Schichten gebildet;

f) wobei die Zahl der an ein und demselben Ort übereinanderqelegten Schichten sowie die Winkel und die Wickelspannung dem Profilbandes (9) ausreichen, um das Material der Rohrleitung oder des Behälters (2) radial sowie in Längsrichtung vorzuspannen und damit dem Teilstück der Rohrleitung oder des Behälters (2) vorbestimmte mechanische Eigenschaften zu verleihen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung derart durchgefuhrt wird, daß die auf das Material der Rohrleitung oder des Behälters (2) ausgeubte Vorspannung ausgehend von einem vorbestimmten Ort fortschreitend an beiden Beiten abnimmt, wenn man sich von dem ausgebesserten oder reparierten Teilstück entfernt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußmaterial beztiglich der äußeren Umfangsfläche der Rohrleitung oder des Behälters (2) radial nach außen übersteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilband (9) auf die Umfangswand der Rohrleitung oder des Behälters (2) gedrückt wird, sobald es auf die Wand oder auf eine vorher aufgebrachte Schicht aus dem Profilband aufgebracht wurde.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der an der gleichen Stelle des Teilstticks ubereinandergelegten Schichten des Profilbandes sowie die Wickelwinkel und die Wickelspannung des Profilbandes ausreichen, damit das Verschlußmaterial und/oder das Material des Teilstücks der Rohrleitung oder des Behälters (2) vorgespannt sind, wenn der Druck des Fluids im Inneren gleich dem Prüfdruck ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein flexibles Profil mit einer Matrix auß Aluminium verwendet wird, die beispielsweise Fasern aus Stahl einbettet.

7. Vorrichtung zum Ausbessern oder Reparieren eines Teilstücks einer Rohrleitung oder eines Behälters (2), der dazu bestimmt ist, ein unter Druck stehendes Fluid zu enthalten, oder ein solches enthält, nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

- ein Gestell (22, 49), das zur Anlage an der Rohrleitung oder dem Behälter (2) und/oder am Boden bestimmt ist;

- Mittel (30, 31, 50, 51), um das Gestell (22, 49) an der Rohrleitung oder dem Behälter und/oder am Boden zu befestigen und dazu zu zentrieren;

- Zufuhrmittel (7, 26, 58) zum Zuführen eines flexiblen Bandes, wobei diese Zufuhrmittel (7, 26, 56) bezuglich des Gestells (22, 49) beweglich und dazu bestimmt sind, sich um die Röhrleitung oder den Behälter (2) zu drehen;

- Mittel zum Drehen der beweglichen Zufuhrmittel (7) bezüglich des Gestells (22, 49) um die Rohrleitung oder den Behälter (2) sowie Mittel zum Verschieben der Zufuhrmittel (7) dazu, um das flexible Band mit vorbestimmten Wickelwinkeln um die Rohrleitung oder den Behälter (2) zu wickeln, wenn sich die Zufuhrmittel (7) darum drehen;

- Mittel (11, 12) zum Einklemmen und Bremsen des flexiblen Bandes (9), die zum Regeln der Wickelspannung geeignet sind;

- Anlagemittel, die zur Anlage an der Rohrleitung und/oder dem Boden geeignet sind, um die Reaktionskraft zu kompensieren, die auf die Vorrichtung aufgebracht wird, da das flexible Band unter Spannung gewickelt wird;

- Mittel zum individuellen Einstellen der Drehgeschwindigkeit der Zufuhrmittel (7) um die Rohrleitung oder den Behälter (2), der axialen Verschiebungsgeschwindigkeit der Zufuhrmittel (7) und der Wickelspannung des flexiblen Bandes (9); dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung und alle ihre Mittel dazu geeignet sind, als flexibles Band daß flexible Profilband (9) mit sehr hoher mechanischer Längsfestigkeit zu verwenden und das Profilband (9) unter Spannung um die Rohrleitung oder den Behälter zu wickeln, und daß die Vorrichtung ferner Mittel, um das Profilband (9) zu erhitzen, damit die Matrix des Profilbandes vor dem Aufbringen in ihrer gesamten Masse schmilzt, sowie Mittel aufweist, um das Profilband unmittelbar beim Auflegen abzukühlen, um die Matrix wieder zu verfestigen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Drehen der Zufuhrmittel (7) um die Rohrleitung oder den Behälter wenigstens eine Führungsschiene (27) aufweisen, die einen Rand zum in Form eines Kreisbogens aufweist, der gleichzeitig an mehreren Rädern (28) anliegt, die zu einer Einheit aus Rädern (28) gehören, die um die Rohrleitung oder den Behälter (2) angeordnet sind, wobei die Führungsschiene (27) und die Einheit aus den Rädern (28) mit dem Gestell (22, 49) bzw. den Führungsmitteln (7) fest verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Führungsschiene (27) in Form eines Kreisbogens eine Zahnstange ist, die durch Zahnräder (28) angetrieben wird.

10. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (16, 39) aufweist, um daß Profilband (9) knapp nach dem Auflegen des Profilbandes an die Wand oder auf eine vorher aufgebrachte Schicht aus dem Profilband (9) gegen die Umfangswand der Rohrleitung oder dem Behälters (2) zu drücken.

11. Vorrichtung nach einem der Anspruche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein bewegliches Organ (26, 58) aufweist, das bezüglich des Gestells (22, 49) beweglich ist, zum Drehen um die Rohrleitung oder den Behälter (2) bestimmt ist und wenigstens einen Schlitten (36) aufweist, der eine Wickeluntereinheit (42) aufweist, die ihrerseits die Mittel (7) zum Zuführen des flexiblen Profilbandes (9) umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickeluntereinheit (42) derart angebracht ist, daß sie bezüglich des Gestells (22, 49) nach fünf möglichen Bewegungen bezüglich dreier Achsen beweglich ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß dar Schlitten (36) entlang einer Längsgleitschiene (34, 59) das beweglichen Organs (26, 58) beweglich ist, das auch Mittel (37, 38) zum Verschieben des Schlittens (36) entlang dieser Gleitschiene (34, 59) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschiene (59) bezüglich des Gestells (49) freitragand angebracht ist.

15. Vorrichtung nach einem der Anspruche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei bewegliche Organe (26a, 26b) aufweist, die sich in entgegengesetzter Richtung um die Rohrleitung oder den Behälter (2) drehen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (44, 63) aufweist, um sich entlang der Rohrleitung oder dem Behälter (2) in Längsrichtung zu verschieben.